adn, genes y código genético - porque biotecnologia · 2021. 2. 28. · cuaderno nº 3, edición...
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Cuaderno Nº 3, edición 2021
ADN, genes y código genético
Del ADN a la biotecnología moderna
El conocimiento del ADN (ácido
desoxirribonucleico), su estructura y función, fue
determinante para el desarrollo de la biotecnología
moderna. La estructura de doble hélice del ADN,
que los investigadores James Watson y Francis
Crick propusieran en 1953 proporcionó respuestas
a muchas preguntas que se tenían sobre la herencia.
Predijo la autorreplicación del material genético y
la idea de que la información genética estaba
contenida en la secuencia de las bases que
conforman el ADN.
Más aún, con el correr de los años y de las
investigaciones, se pudo determinar que todos los
seres vivos contienen un ADN similar, formado a
partir de las mismas unidades: los nucleótidos. Este
código genético mediante el cual se “escriben” las
instrucciones celulares es común a todos los
organismos. Es decir que el ADN de un ser
humano puede ser “leído” dentro de una bacteria, y
una planta puede interpretar la información
genética de otra planta diferente. A esta propiedad
de la información genética se la conoce como
“universalidad del código genético”.
El código genético universal es uno de los
conceptos básicos para comprender los procesos de
la biotecnología moderna. Por ejemplo, la
posibilidad de generar organismos transgénicos, y
que las instrucciones del ADN de un organismo
puedan determinar nuevas características en
organismos totalmente diferentes.
La función del ADN
El ADN tiene la función de “guardar información”.
Es decir, contiene las instrucciones que determinan
la forma y características de un organismo y sus
funciones. Además, a través del ADN se
transmiten esas características a los descendientes
durante la reproducción, tanto sexual como
asexual.
Todas las células, procariotas y eucariotas,
contienen ADN en sus células. En las células
eucariotas el ADN está contenido dentro del núcleo
celular, mientras que en las células procariotas, que
no tienen un núcleo definido, el material genético
está disperso en el citoplasma celular.
La estructura del ADN
El ADN está organizado en cromosomas. En las
células eucariotas los cromosomas son lineales,
mientras que los organismos procariotas, como las
bacterias, presentan cromosomas circulares. Para
cada especie, el número de cromosomas es fijo. Por
ejemplo, los seres humanos tenemos 46
cromosomas en cada célula somática (no sexual),
agrupados en 23 pares, de los cuales 22 son
autosomas y un par es sexual. Una mujer tendrá un
par de cromosomas sexuales XX y un varón tendrá
un par XY.
Cada cromosoma tiene dos brazos, ubicados por
arriba y por debajo del centrómero. Cuando los
cromosomas se duplican, previo a la división
celular, cada cromosoma está formado por dos
moléculas de ADN unidas por el centrómero,
conocidas como cromátidas hermanas.
Esquema de un cromosoma duplicado
https://www.correodelmaestro.com/publico
El ADN se compone de dos cadenas, cada una
formada por nucleótidos. Cada nucleótido, a su
vez, está compuesto por un azúcar (desoxirribosa),
un grupo fosfato y una base nitrogenada. Las bases
nitrogenadas son cuatro: adenina (A), timina (T),
citosina (C) y guanina (G), y siempre una A se
enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G en la
doble cadena. Las bases enfrentadas se dice que
son complementarias (A-T; C-G).
El ADN adopta una forma de doble hélice, como
una escalera caracol, donde los lados son cadenas
de azúcares y fosfatos conectadas por “escalones”,
que son las bases nitrogenadas. La molécula de
ADN se asocia a proteínas, llamadas histonas, y se
encuentra muy enrollada y compactada para formar
el cromosoma. Esta asociación de ADN y proteínas
se conoce como cromatina.
La cromatina puede estar enrollada en mayor o
menor grado, dependiendo de la etapa en que se
encuentra la célula; por ejemplo, cuando el ADN
se ha duplicado antes de que la célula se divida, la
cromatina se compacta en su mayor grado, y como
resultado se pueden visualizar los cromosomas
duplicados al microscopio como corpúsculos con
forma de X, como mostramos en el esquema del
cromosoma duplicado.
En la doble hélice de ADN, las bases nitrogenadas
complementarias se ubican hacia dentro y
establecen uniones no covalentes (o fuerzas de
atracción) entre sí que mantienen la estructura de la
molécula. Las desoxirribosas (azúcares) y los
grupos fosfato constituyen las columnas de la
molécula.
https://www.genome.gov/about-genomics/fact-
sheets/Chromosomes-Fact-Sheet
La imagen representa una célula eucariota en la
cual se amplía un cromosoma, y se muestra la
estructura del ADN que lo constituye. Un
fragmento particular del ADN forma un gen que
determina una característica particular. El ADN se
forma a partir de la unión de nucleótidos, que
pueden tener cuatro bases nitrogenadas diferentes:
A, T, C, G.
Replicación semiconservativa del ADN de una
célula eucariota.
Cuando la célula se divide, cada nueva célula que
se forma debe portar toda la información genética,
que determine sus características y funciones. Para
eso, antes de dividirse, el ADN debe replicarse, es
decir generar una copia de sí mismo. Durante la
replicación, la molécula de ADN se desenrolla,
separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá
como molde para la síntesis de nuevas hebras de
ADN. Para eso, la enzima ADN-polimerasa coloca
nucleótidos siguiendo la regla de apareamiento A-
T y C-G. El proceso de replicación del ADN es
semiconservativo, ya que, al finalizar la
duplicación, cada nueva molécula de ADN estará
conformada por una hebra “vieja” (original) y una
nueva.
Replicación del ADN
https://www.correodelmaestro.com/publico
¿Cómo se interpretan las instrucciones escritas
en el ADN?
La información está guardada en el ADN en el
código de secuencia de bases A, T, C y G que se
combinan para originar “palabras” denominadas
genes.
Los genes son fragmentos de ADN cuya secuencia
nucleotídica codifica para una proteína. Es decir
que a partir de la información “escrita” en ese
fragmento de ADN se fabrica (sintetiza) un tipo
particular de proteína. Aunque, en realidad, los
genes también llevan la información necesaria para
fabricar moléculas de ARN (ribosomal y de
transferencia) que intervienen en el proceso de
síntesis de proteínas.
Un gen no es una estructura que se vea, sino que se
define a nivel funcional. Es una secuencia que va a
empezar en algún lugar del ADN y va a terminar
en otro. Para conocer un gen se secuencia, se
determina la cantidad de los nucleótidos que lo
forman y el orden en que se ubican.
Todas las células de un organismo tienen el mismo
genoma, o conjunto de genes. Pero, en cada célula
se expresan los genes que se usan. Por ejemplo,
aunque una célula de la piel tiene toda la
información genética al igual que la célula del
hígado, en la piel solo se expresarán aquellos genes
que den características de piel, mientras que los
genes que dan características de hígado, estarán allí
“apagados”. Por el contrario, los genes que dan
rasgos de “hígado” estarán activos en el hígado e
inactivos en la piel. Lo que no se usa se encuentra
mayormente compactado. Este empaquetamiento
puede ser temporal o definitivo.
La síntesis de proteínas
Las proteínas son macromoléculas que cumplen
funciones variadas. Hay proteínas estructurales,
otras son enzimas, otras transportan oxígeno como
la hemoglobina, hay proteínas involucradas en la
defensa inmunitaria, como los anticuerpos, otras
cumplen funciones de hormonas como la insulina,
etc. Así como el ADN está compuesto a partir de
nucleótidos, las proteínas están compuestas a partir
de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos diferentes, y
cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos
particular.
El proceso de síntesis de proteínas consta
básicamente de dos etapas: la transcripción y la
traducción. En la primera etapa, las “palabras”
(genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los
nucleótidos se copian o transcriben a otra
molécula, el ARN mensajero (ARNm). Luego, en
la etapa siguiente, el ARNm se traduce al idioma
de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo
de información se conoce como el “dogma central
de la biología”.
Proceso de síntesis de proteínas en una célula
eucariota. La transcripción ocurre dentro del
núcleo y la traducción en los ribosomas en el
citoplasma.
La transcripción
Durante la transcripción la enzima ARN
polimerasa, copia la secuencia de una hebra del
ADN y fabrica una molécula de ARN
complementaria al fragmento de ADN transcripto.
El proceso es similar a la replicación del ADN,
pero la molécula nueva que se forma es de cadena
simple y se denomina ARN. Se denomina ARN
mensajero porque va a llevar la información del
ADN hacia los ribosomas, las organelas
encargadas de fabricar las proteínas. El ARN, o
ácido ribonucleico, es similar al ADN aunque no
igual.
Como muestra la imagen siguiente, el ARN se
diferencia del ADN en que es de cadena simple, en
lugar del azúcar desoxirribosa tiene ribosa, y en
lugar de la base nitrogenada timina (T), tiene
uracilo (U).
Comparación de ARN y ADN
www.es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Difference_DNA_RNA
La traducción y el código genético
La molécula del ARN mensajero se traslada a los
ribosomas donde ocurre la etapa de traducción.
Durante esta etapa, el ribosoma lee la secuencia de
nucleótidos del ARN mensajero por tripletes o tríos
de nucleótidos, denominados codones. A medida
que el ribosoma lee la secuencia de codones va
formando una proteína, a partir de la unión de
aminoácidos. Según cuál es el codón que el
ribosoma “lee” va colocando el aminoácido que
corresponde. Si se considera la combinación de las
cuatro bases tomadas de a tres, existe un total de 64
codones posibles.
Cada codón determina qué aminoácido se colocará
en la proteína que se está fabricando. De los 64
codones, 61 corresponden a aminoácidos y 3 son
codones de terminación (stop), responsables de la
finalización de la síntesis proteica. La siguiente
tabla es el código genético o “diccionario” que
permite traducir la información escrita en el
lenguaje de los ácidos nucleicos (nucleótidos) al
lenguaje de las proteínas (aminoácidos), y es
universal, o sea, es válido para todos los seres
vivos.
Tabla de codones del ARN
La tabla del código genético es universal y permite
conocer, a partir de la secuencia del ARN
mensajero, cómo será la secuencia de la proteína
para la cual el gen correspondiente codifica. Así, la
secuencia ATG (AUG en el ARNm) codifica para
el aminoácido metionina, y el codón TTT (UUU en
el ARNm) codifica para el aminoácido fenilalanina
en todos los organismos vivos. Como sólo existen
20 aminoácidos en la naturaleza, varios codones
pueden codificar para el mismo aminoácido (por
ejemplo, al aminoácido glicina le corresponden los
codones GGU, GGC, GGA y GGG).
Cada codón del ARNm es leído por otro ARN,
llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa
como un “adaptador” entre la información que
lleva el ARNm y los aminoácidos que deben ir
colocándose para formar la proteína
correspondiente.
El ARNt es muy pequeño comparado con los
ARNm y tiene una secuencia, denominada
anticodón que aparea (es decir, es complementaria)
con el codón. Cada ARN de transferencia tiene un
anticodón y “carga” un aminoácido en particular.
Por ejemplo, el ARNt que tiene el anticodón UCA,
se aparea al codón AGU, y carga el aminoácido
serina (Ser). De la misma manera, el ARNt que
carga tirosina (Tyr) se aparea, a través de su
anticodón, con el codón UAC. Así se va formando
una cadena polipeptídica (proteína) a medida que
los anticodones de los ARNt reconocen sus
respectivos codones en el ARNm. Este proceso de
síntesis proteica ocurre en los ribosomas.
¿Qué son las mutaciones?
A veces, y este es un fenómeno relativamente
frecuente, la enzima que se encarga de la
replicación del ADN (ADN polimerasa) se
equivoca, es decir, coloca un nucleótido en lugar
de otro. Si, por ejemplo, la enzima ADN
polimerasa coloca una T en lugar de una A podría
ocurrir que, al traducirse, se coloque en la proteína
un aminoácido diferente del que correspondería.
Por lo tanto, la proteína generada sería diferente en
un aminoácido a la original.
Este cambio en el ADN, llamado mutación, podría
alterar o anular la función de la proteína. Este
ejemplo ilustra el efecto de los cambios o
mutaciones puntuales (debidos a un único cambio
en la secuencia) en la proteína final. En algunos
casos las mutaciones pasan inadvertidas, pero
también pueden provocar la falta de actividad de
una proteína esencial y causar una enfermedad. De
todas formas, la mayoría de las mutaciones no se
manifiestan, o porque están en regiones del ADN
donde no hay genes, o porque no cambian el
aminoácido, o porque ese cambio no altera la
función de la proteína. O bien podría alterarse la
función y esto no resultar perjudicial. Tal es el caso
del carácter color de ojos, donde el color claro se
produce por falta de ciertas enzimas que fabrican
los pigmentos del iris.
En realidad, las mutaciones son la base de la
biodiversidad. Es decir que las pequeñas
diferencias en el ADN es lo que determina que los
seres vivos sean diferentes entre sí. Esta diversidad
en las características, sumada a la existencia de un
código genético común entre los seres vivos, son
UUU fenil-alanina UCU UAU tirosina UGU cisteína U
U UUC Phe UCC serina UAC Tyr UGC Cys C
UUA leucina UCA Ser UAA STOP UGA STOP A
UUG Leu UCG UAG UGG triptofano Trp G
CUU CCU CAU histidina CGU U
C CUC leucina CCC prolina CAC His CGC arginina C
CUA Leu CCA Pro CAA glutamina CGA Arg A
CUG CCG CAG Gln CGG G
AUU iso-leucina ACU AAU asparragina AGU serina U
A AUC Ile ACC treonina AAC Asn AGC Ser C
AUA ACA Thr AAA lisina AGA arginina A
AUG metionina Met ACG AAG Lys AGG Arg G
GUU GCU GAU ácido aspártico GGU U
G GUC valina GCC alanina GAC Asp GGC glicina C
GUA Val GCA Ala GAA ácido glutámico GGA Gly A
GUG GCG GAG Glu GGG G
Tercera base d
el cod
ón
U C A G
Prim
era
bas
e d
el c
od
ón
Segunda base del codón
dos hechos determinantes en el desarrollo de la
biotecnología moderna.
El ADN y la biotecnología moderna
Cuando los científicos comprendieron la estructura
de los genes y cómo la información que portaban
se traducía en funciones o características,
comenzaron a buscar la forma de aislarlos,
analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de
un organismo a otro para conferirle una nueva
característica. Justamente, de eso se trata la
ingeniería genética, a la que podríamos definir
como un conjunto de metodologías que nos
permite transferir genes de un organismo a otro, y
que dio impulso a la biotecnología moderna.
La ingeniería genética permite clonar (multiplicar)
fragmentos de ADN y expresar genes (producir las
proteínas para las cuales estos genes codifican) en
organismos diferentes al de origen. Así, es posible
obtener proteínas de interés en organismos
diferentes del original del cual se extrajo el gen,
mejorar cultivos y animales, producir fármacos, y
obtener proteínas que utilizan diferentes industrias
en sus procesos de elaboración.
Consideraciones metodológicas
El tema abordado en este Cuaderno se puede
trabajar con alumnos de entre 13 y 17 años con
diferente profundidad. Este tema se relaciona con
una diversidad de conceptos que se trabajan en
diferentes instancias del aprendizaje: seres vivos,
biodiversidad, células, biomoléculas, genética y
herencia, evolución, biotecnología, entre otros.
El objetivo de este Cuaderno y de las actividades
que se proponen es sentar las bases que permitan
luego comprender aspectos más avanzados o
complejos de la biotecnología moderna y las
técnicas de ingeniería genética que se tratan en los
siguientes cuadernos. Con los alumnos más
pequeños se puede transmitir la idea de material
genético a partir del parecido entre padres e hijos,
por ejemplo, y a partir de allí introducir la idea de
material genético en otros organismos que ellos
conocen. Con los alumnos de nivel medio y
superior se propone profundizar y trabajar con los
docentes de química aspectos vinculados con la
estructura química de la molécula de ADN, así
como de las otras biomoléculas, y relacionarlas con
su función.
Un concepto muy interesante sobre el que se
sugiere reflexionar desde la enseñanza docente a
partir de la estructura de ADN es el concepto de
modelización. “La ciencia es un modo particular de
interpretar la realidad, y para ello elabora modelos
que no son más que meras representaciones
empobrecidas, pero que permiten estudiar los
fenómenos complejos que en ella se presentan. El
modelo atómico, la doble hélice de ADN o el
modelo de partículas no son la realidad en sí
mismas sino una mera representación que
selecciona los aspectos más relevantes y
significativos para los investigadores y el problema
que se plantean en un momento dado. Por ello,
promover la elaboración e interpretación de
modelos resulta una de las funciones más
importantes de la enseñanza de las ciencias en la
escuela, de manera que todos los recursos
orientados hacia ese objetivo, lejos de alejarnos de
nuestros programas de enseñanza (cada vez más
cargados de información a medida que avanzan las
ciencias), aproximan a nuestros alumnos a la
concepción actual de ciencia”.
Es interesante analizar con los alumnos los
esquemas o simbolismos empleados para
representar la molécula de ADN, por ejemplo, las
letras que representan a las bases nitrogenadas. Se
recomienda a lo largo de las clases volver sobre la
interpretación de los simbolismos para evaluar si
los alumnos comprenden la relación entre las letras
empleadas y las estructuras químicas que
representan.
Se sugiere explicitar los códigos y simbolismos
que se emplean, construir equivalencias con otros
lenguajes (traducir los textos en esquemas y los
esquemas en textos). Por ejemplo, a diferencia de
la letra C que representa el elemento carbono, en
este caso la letra C representa una estructura más
grande que es la base nitrogenada Citosina,
conformada a partir de la unión de átomos de
diversos elementos. También se sugiere construir
modelos de ADN con materiales como cartulina o
plastilina y trabajar con diferente profundidad
aspectos vinculados a la estructura química, según
si se trata de alumnos de nivel medio o superior.
Entre las actividades se sugiere el diseño de una
red conceptual. Este recurso resulta muy útil como
estrategia para repasar un tema estudiado, o como
método para evaluar a los alumnos. El diseño de
una red conceptual requiere tener los conceptos
claros para poder expresarlos de manera clara y
concisa. Es interesante, ya que a partir de los
mismos conceptos los alumnos pueden diseñar
redes conceptuales diferentes, pero todas pueden
ser correctas. A su vez, el docente puede emplear
esta metodología al enseñar cualquier tema,
eligiendo los conceptos que quiere incluir en la red.
Al emplear la red conceptual por primera vez se
sugiere diseñar en clase entre todos una red para
aprender la metodología y luego aplicarla cuando
se considere adecuado.
Otro aspecto que se resalta se refiere al modo de
expresar los conceptos que se transmiten. Si bien
en muchos textos y en la expresión oral se suele
decir que el ADN está formado “por” nucleótidos,
o que las proteínas están formadas “por”
aminoácidos”, en este contexto se pretende precisar
esta expresión. Por eso se dice que el ADN está
formado “a partir” de nucleótidos, y las proteínas
“a partir” de aminoácidos. Aunque puede parecer
un detalle semántico, es un aspecto interesante para
trabajar desde el punto de vista de la precisión
conceptual, y coordinar con los docentes de
química para apoyar estos conceptos y trabajarlos
en conjunto. La idea que se busca transmitir es que
cuando los nucleótidos se unen y forman el ADN,
sufren una transformación (pierden átomos) y por
lo tanto dejan de ser las moléculas que eran para
pasar a formar parte de una nueva molécula, es
decir que los nucleótidos dejan de ser nucleótidos.
Por eso, sería impreciso decir que el ADN está
formado “por” nucleótidos, y es más correcto decir
que está formado “a partir” de nucleótidos. Lo
mismo respecto de otros monómeros que pasan a
formar moléculas más complejas, como las
proteínas que no están formadas “por” aminoácidos
sino “a partir de” aminoácidos, o el almidón “a
partir de” unidades de glucosa, etc.
Actividades
Actividad 1. La estructura del ADN
Indicar qué es lo que se observa en la figura y
cómo se llaman las partes numeradas.
Rta. Se observa un modelo de la estructura del
ADN formada por dos cadenas de nucleótidos
complementarias. Las estructuras indicadas son: 1)
fosfato; 2) desoxirribosa (azúcar); 3) timina; 4)
citosina; 5) adenina; 6) guanina; 7) nucleótido. En
el recuadro se observa uno de los nucleótidos que
constituyen el ADN. Está formado por un grupo
fosfato unido a la ribosa y esta, a su vez, está unida
a la base nitrogenada.
Actividad 2. Del ADN a la proteína
a. Completar los recuadros blancos del dibujo con
los siguientes rótulos: ADN, ARNm, RIBOSOMA,
PROTEÍNA, TRADUCCIÓN, REPLICACIÓN,
TRANSCRIPCIÓN.
b. Completar los espacios en blanco:
La información genética se encuentra codificada en
el _____1. Esta molécula de gran tamaño se
encuentra en el ________________2 de las células
_____________3 (como plantas, hongos y
animales). La forma en que la información se
encuentra codificada es igual en todos los
organismos, por eso se dice que el código genético
es _____________4. Cuando una célula debe
dividirse para reproducirse (tanto por mitosis como
por meiosis) el ADN previamente se
______________5. Cuando una molécula de ADN
se superenrolla durante la mitosis o meiosis, puede
ser vista a microscopio óptico con forma de X, esta
estructura se denomina _______________6 En
cada molécula de ADN se encuentran muchos
genes. En términos generales, se define gen como
la porción de ADN que codifica para una
______________7 Para que cada gen se exprese,
deben ocurrir dos procesos: el primero consiste en
la síntesis del ______8 que llevará el mensaje del
ADN; este proceso se denomina
________________9. El segundo proceso consiste
en la síntesis de la _____________10 respectiva en
los _________11, proceso en el cual interviene
también otro ________12 conocido como
_______________13 que tiene un anticodón y el
aminoácido correspondiente. Este proceso se
denomina _____________14. Un cambio en la
secuencia del ADN se denomina
_______________15.
Respuestas: 1. ADN; 2. núcleo; 3. eucariotas; 4.
universal; 5. duplica; 6. cromosoma; 7. proteína; 8.
ARNm; 9. transcripción; 10. proteína; 11.
ribosomas; 12. ARN; 13. ARN de transferencia;
14. traducción; 15. mutación.
Actividad 3. Diseño de una red conceptual
Esta actividad consiste en dar una lista de
conceptos principales y unirlos en una red que debe
seguir ciertas reglas:
1. Se debe unir de a dos conceptos por vez. Es
decir que al terminar la red se pueden aislar dos
conceptos y deben formar una frase coherente,
que se inicia en uno de los conceptos y termina
en el otro, siguiendo la dirección que indica la
flecha.
2. Todos los conceptos deben formar parte de la
red (no pueden quedar conceptos sueltos), y de
cada concepto pueden salir o entrar más de una
flecha.
3. En las frases empleadas para unir conceptos no
se pueden repetir los conceptos principales
dados por el docente. Tampoco usar
expresiones como “el mismo” ya que es una
forma de reiterar un concepto.
4. No se puede usar la negación (“no”) en las
frases que unen conceptos ya que la idea es
demostrar conocimientos mediante la
afirmación.
5. Evitar en las frases que unen conceptos el
empleo reiterado de términos tales como “es”,
“tiene”, “está”. Aunque estos términos pueden
ser correctos, se pretende de los alumnos que
puedan redactar una frase breve y más precisa,
que manifieste ideas más exactas.
A continuación, se presenta una lista de conceptos
y se muestra un modelo de red conceptual que se
podría diseñar a partir de estos conceptos:
MUTACIONES, BIODIVERSIDAD, SERES
VIVOS, EUCARIOTAS, NUCLEÓTIDOS, ADN,
TRANSCRIPCIÓN, GEN, ADENINA,
PROTEÍNA, RIBOSOMAS, AMINOÁCIDOS,
BIOTECNOLOGÍA MODERNA.
Se sugiere armar una red conceptual con los
alumnos y luego dar otra lista de conceptos y dejar
que lo hagan de forma individual o grupal. Luego
hacer una puesta en común para analizar las
diferentes redes que surgieron en la clase, y que los
mismos alumnos puedan evaluar las redes
diseñadas por sus pares.
Actividad 4. Las mutaciones
La anemia falciforme es una enfermedad que se
debe a una mutación en un nucleótido del gen que
tiene información para la fabricación de la
hemoglobina. A partir del alelo mutado se generan
moléculas de hemoglobina anormales. La
secuencia de ADN que se muestra a continuación
pertenece al gen que tiene la información para
fabricar un fragmento de la hemoglobina normal:
GTGCACCTGACTCCTGAGGAG
CACGTGGACTGAGGACTCCTC
a. Utilizando la tabla del código genético escribir la
secuencia de aminoácidos que se sintetiza a partir
de la hebra inferior del ADN.
Secuencia de ARNm:
GUGCACCUGACUCCUGAGGAG
Secuencia proteica: Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu
Nótese que la hebra de ARNm obtenido a partir de
“leer” la hebra inferior del ADN es de secuencia
igual a la hebra superior, sólo que en vez de T tiene
U.
b. El fragmento de proteína que figura a
continuación pertenece a la hemoglobina
falciforme. Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu.
Compará esta secuencia con la anterior y determiná
cuál es el nucleótido que sufrió la mutación
responsable de la anemia falciforme.
Rta. A partir de conocer que el aminoácido que
cambió es Val por Glu, se puede deducir cuál es el
triplete (codón) del ARNm alterado y, a partir de
eso, deducir que el nucleótido que cambió en el
ADN es A por T en la posición 17.
Actividad 5. Extracción de ADN vegetal.
(Adaptado de la Oficina de Biotecnología de la
Univ. de Iowa).
Se recomienda ver el video “Extracción de ADN”
en https://vimeo.com/argenbio
Los estudiantes extraerán ADN de bananas
licuadas con agua. Una parte de esta mezcla de
banana, luego es tratada con shampoo y sal,
mezclada durante 5-10 minutos, y luego escurrida a
través de un filtro de café. A lo filtrado se le agrega
alcohol frío y es éste el momento cuando el ADN
de la solución de banana se precipita y se hace
visible.
El detergente disuelve los lípidos (moléculas
grasas) y las proteínas de la membrana celular,
rompiendo las uniones que mantienen la integridad
de la misma. De esta forma se libera el contenido
celular. Luego, el detergente forma complejos con
los lípidos y las proteínas, permitiendo que los
mismos sean separados del ADN por filtración. Así
se libera el ADN. La sal permite que el ADN
precipite en una solución fría de alcohol y que las
cadenas de ADN no se corten.
Nota para el docente: se recomienda que el
material vegetal utilizado sea con poca coloración
para facilitar la observación de los resultados,
como ser, bananas o cebollas.
En este caso se hará extracción de ADN de banana.
Al final de la guía práctica se sugiere una serie de
preguntas para analizar con los alumnos los
resultados de la experiencia.
Materiales:
- 1 taza o vaso de plástico (por grupo)
- Licuadora
- Una cuchara plástica para medir y mezclar
- 2 filtros de papel de café Nº 2 (conos)
- 20 ml de agua destilada
- Shampoo de color claro
- 1 banana
- Sal de mesa, con o sin Iodo
- 1 pipeta de transferencia plástica o un gotero
médico
- 1 tubo de ensayo sellado que contenga 95% de
etanol o 91% de alcohol isopropílico
- 1 conservadora con hielo para enfriar los tubos
con alcohol
- 1 varilla de vidrio o 1 pipeta Pasteur
Procedimiento para la extracción del ADN
Preparar una solución de banana procesada con sal,
agua destilada y shampoo (detergente) mediante
los siguientes pasos:
1. En una licuadora, mezclar una banana por taza
de agua destilada (250ml).
2. Licuar por 15-20 segundos, hasta que los dos
ingredientes se mezclen bien.
3. En una taza, preparar una solución consistente
en una cucharadita de té de shampoo y dos pizcas
de sal.
4. Agregar 20 ml (4 cucharaditas) de agua
destilada.
5. Disolver la sal y el shampoo revolviendo
lentamente con la cuchara de plástico evitando
formar espuma.
6. A la solución preparada en el paso 3, agregar
tres cucharaditas de té de la mezcla de banana del
paso 1.
7. Mezclar con la cuchara por 5-10 minutos.
8. Mientras uno de los miembros del grupo prepara
la mezcla de banana, otro miembro pondrá el filtro
Nº 2 de café dentro de otra taza de plástico. Doblar
el borde del filtro alrededor de la taza para que el
filtro no toque el fondo de la taza.
9. Filtrar la mezcla vertiéndola dentro del filtro y
dejar que drene por algunos minutos hasta obtener
5 ml aproximadamente de filtrado para testear.
10. Tomar un tubo de ensayo con alcohol frío.
Nota: Para mejores resultados el alcohol debe estar
tan frío como sea posible.
11. Llenar la pipeta plástica con el filtrado y
agregarlo al alcohol. El ADN no es soluble en
alcohol. Cuando se agrega el filtrado al alcohol, los
componentes, excepto el ADN, permanecen en la
solución mientras el ADN precipita en la fase de
alcohol.
12. Dejar reposar el tubo de ensayo por 2 a 3
minutos sin mover. Es importante no batir los
contenidos del tubo de ensayo. Se puede observar
el ADN blanco que precipita en la fase de alcohol.
13. Cuando se obtienen buenos resultados, habrá
suficiente ADN para levantar con una varilla de
vidrio (el ADN se enrolla a la varilla). O usando
una pipeta de Pasteur que haya sido calentada en la
punta para formar un gancho, se puede recuperar
(tomar) algo de ADN. El ADN tiene la apariencia
de mucus blanco y fibroso.
Preguntas para el análisis de la experiencia
a. ¿Por qué se puede suponer que la banana
contiene ADN? ¿Dónde se encuentra ese ADN?
b. ¿Qué otro tipo de sustancias es posible encontrar
entre los componentes de la banana?
c. ¿Cuál es la función del detergente en la
experiencia? Nota: según el nivel de los alumnos
es posible profundizar en los fundamentos
químicos en los que se basa la acción del
detergente.
d. ¿Cuál es la función de la sal en la experiencia?
Nota: según el nivel de los alumnos es posible
profundizar en los fundamentos químicos en los
que se basa la acción de la sal.
e. ¿Cuál es la función del alcohol en la
experiencia? Nota: según el nivel de los alumnos
es posible profundizar en los fundamentos
químicos en los que se basa la acción del alcohol.
f. Al finalizar la experiencia se obtiene un mucus
blanco y fibroso que sería el ADN. ¿Es posible que
la molécula de ADN se visualice a simple vista?
¿Por qué? Rta. No, se puede visualizar una
molécula de ADN debido a su tamaño
microscópico.
g. A partir de la respuesta anterior, ¿qué creen que
contiene “el ADN” obtenido en la experiencia?
Rta. Se obtienen miles o millones de moléculas de
ADN juntas. Posiblemente contengan otros
“contaminantes” por el proceso de extracción
empleado.
Nota para el docente: Para finalizar la actividad
experimental, se sugiere formular a los alumnos
una pregunta que promueva la reflexión acerca de
la presencia de ADN en los alimentos que
consumimos.
1. ¿Se podría utilizar otros alimentos para extraer
ADN? En tal caso, ¿cuáles podrían ser esos
alimentos? Rta. Se podría emplear cualquier
alimento de origen vegetal o animal, también
levaduras.
2. ¿Se podría decir, entonces, que comemos genes?
Rta. Sí, comemos los genes todo el tiempo.
3. ¿Qué ocurre con el material genético que se
consume? Rta. Los genes (ADN) que ingerimos
son degradados durante la digestión sin importar su
origen, animal, vegetal, original a la especie o
transgénico.
Material de consulta
- La doble hélice. Un relato autobiográfico sobre
el descubrimiento del ADN. James Watson
(1968). Salvat Editores S.A. Barcelona. 1993.
- ADN, 50 años no es nada. Alberto Díaz, Diego
Golombek (comps.). Siglo veintiuno editores
Argentina. 2004.
- Centro para la enseñanza de la genética.
Universidad de UTA.
www.learn.genetics.utah.edu
- Correo del Maestro. Número 107, abril 2005.
La modelización en la enseñanza de las
ciencias naturales. Una propuesta de la
construcción de modelos científicos para la
escuela primaria. Por Bárbara Peisajovich.
http://www.correodelmaestro.com/
- Correo del Maestro, Revista para profesores de
educación básica.
https://www.correodelmaestro.com/publico/ht
ml5022016/capitulo3/ensenar_genetica_en_la_
escuela.html
- Recursos didácticos para biología en español.
Contiene texto, animaciones, prácticas de
laboratorio, y ejercitación con sus respuestas.
http://www.educastur.es/
- Hipertextos del área de la Biología,
Universidad Nacional del Nordeste. Fac. de
Agroindustrias, Saenz Peña, Chaco • Fac.
Ciencias Agrarias, Corrientes. Argentina.
http://www.biologia.edu.ar/
- Video sobre transgénicos.
https://www.youtube.com/infoalimentos_cultiv
os transgénicos
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